Параметр распространения пучка (BBP beam parameter product) - определяется как произведение диаметра  пучка в перетяжке на полный угол раходимости  излучения (мм мрад)

 

Местоположения перетяжек пучка Z_0x, Z_0y, Z₀: Расстояния от точки z = 0 на опорной плоскости до сечений, где ширины пучков или диаметр пучка достигают минимальных значений по сравнению с другими сечениями вдоль оси распространения излучения (см. рисунок 1).

 

Рис. Параметры распространения пучка со слабым астигматизмом

 

Параметр М2 - параметр для количественной оценки качества пучка лазерного луча. Параметр М2, также называемый параметром качества пучка или параметром распространения пучка, это общепринятая величина для определения оптического качества лазерного пучка. Согласно ISO Standard 11146, она определяется как отношение BPP к λ / π, последнее является BPP для дифракционно- ограниченного Гауссова пучка той же длины волны.

 

Концепция параметра М2 позволяет не только характеризовать качество пучка одним числом, но также описать изменение радиуса пучка вдоль луча с помощью простой процедуры, которая позволяет применить анализ гауссовских пучков для описания негауссовских лучей. Это очень удобно для, например, проектирования оптики накачки для диодно накачиваемых лазеров.

 

Качество пучка лазера - мера того, насколько хорошо лазерный луч может быть сфокусирован

Качество пучка лазерного луча может быть определено по-разному, но, по существу, является мерой того. насколько плотно лазерный луч может быть сфокусирован в определенных условиях или коллимирован например с ограниченной расходимостью. Наиболее распространенными способами количественной оценки качества пучка являются:

- параметр качества пучка (BBP) - это произведение диаметра пучка в перетяжке на полный угол раcходимости излучения
- параметр М2 определяется как отношение параметра качества пучка (BBP) к диаметру перетяжки гауссовского пучка с такой же длиной волны.

Наилучшее качество пучка достигается при M2  = 1. К такому значению близки многие лазеры, в частности, твердотельные лазеры работающие с одной поперечной модой (одномодовом режиме ), волоконные лазеры на основе одномодовых волокон, а также некоторые маломощные диодные лазеры (особенно полупроводниковые лазеры на вертикальных резонаторах ).

С другой стороны, некоторые лазеры с высокой мощностью (например, твердотельные лазеры и объемные полупроводниковые лазеры, такие как диодные линейки) могут иметь очень большой параметр M2, больше, чем 100 или даже значительно выше 1000.

В твердотельных лазерах это часто результат термонаведенных искажений волнового фронта в активной среде, несоответствии эффективной площади моды и накаченной области в лазерном кристалле, в то время как в мощных полупроводниковых лазерах плохое качество пучка возникает из-за того, что они работают в пространственных модах высшего порядка.

 

Высокое качество пучка может быть особенно важно, если требуется сильная фокусировка пучка.
В области лазерной обработки материалов, печати, маркировки, резки и сверления требуется высокое качества пучка, тогда как сварка и различные виды обработки поверхности менее критичны в этом отношении, потому что они работают с более крупными пятнами, так что возможно применение мощных диодных лазеров с низким качеством пучка.

Для резки и сварки на больших дистанциях, относительно высокое качество пучка (с M2 не больше 10) позволяет использовать большое рабочее расстояние (например, большое расстояние между заготовкой и фокусирующим объективом), который является весьма желательным, например, для защиты оптики от мусора и дыма. Кроме того, высокое качество пучка позволяет уменьшить диаметр пучка в системе доставки луча, поэтому могут быть использованы меньшие, а следовательно и дешевые оптические элементы (например, зеркала и линзы). Кроме того, увеличение эффективной рэлеевской длины (для данного размера пятна) уменьшает чувствительность к настройке в направлении вдоль луча.

Большое рабочее расстояние, возможное благодаря высокому качеству пучка, также важно для разработки лазеров с диодной накачкой, когда луч накачки должен пройти через различные части оптики (например, зеркальные ) до достижения лазерного кристалла.
Очень высокое (близкое к дифракционному) качество пучка, связанное с высокой пространственной когерентностью, часто требуется для интерферометров , оптической записи данных, лазерной микроскопии, и т.д.
Лазеры сверхкоротких импульсов с синхронизацией мод всегда имеют высокое качество пучка, потому что возбуждение поперечных мод высокого порядка может нарушить процесс формирования импульса.